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CPU执行访问存储器时,其具体流程和机制是怎样的?

CPU执行访问存储器时,通过地址总线定位存储单元,再经数据总线传输数据。

CPU执行访问存储器是一个复杂而精密的过程,涉及到多个步骤和组件的协同工作,以下是对这一过程的详细描述:

1、提供逻辑地址:程序员编写的程序代码经过编译器编译后,会生成相应的机器指令和数据,这些指令和数据在内存中是以二进制的形式存储的,每个存储单元都有一个唯一的地址,即逻辑地址,当CPU需要访问存储器中的数据时,首先会根据程序的执行情况提供逻辑地址,在执行一条加法指令时,CPU需要知道参与加法运算的两个操作数的存储位置,这些位置的逻辑地址就由指令中的地址码部分指定。

CPU执行访问存储器时,其具体流程和机制是怎样的?

2、虚实地址转换:现代计算机系统中通常采用虚拟存储技术,因此还需要将逻辑地址转换为物理地址,这一转换过程是通过页表来实现的,页表存储在主存中,其中记录了逻辑地址到物理地址的映射关系,逻辑地址被分成页号和页内地址两部分,页号用于在页表中查找对应的页表项,页表项中记录了该页所对应的物理页号,将物理页号与页内地址拼接起来,就得到了最终的物理地址。

3、访Cache-主存体系:得到物理地址后,CPU会先访问高速缓存(Cache),Cache是位于CPU和主存之间的一种高速存储器,其访问速度比主存快得多,如果所需的数据已经在Cache中,即Cache命中,那么CPU可以直接从Cache中获取数据,无需再访问主存,这样可以大大提高访问速度,如果Cache未命中,说明所需的数据不在Cache中,此时需要将包含该数据的主存块调入Cache,CPU会将该字所在的整个主存块一次性调入Cache,以利用程序访问的局部性原理,提高后续访问的命中率。

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4、数据读取或写入:根据指令的操作类型,如果是读操作,CPU会将读取到的数据存入寄存器或其他临时存储区域,以便后续的运算处理;如果是写操作,CPU会将要写入的数据通过数据总线发送到主存或Cache中相应的存储单元中。

CPU执行访问存储器的过程是一个多步骤、多层次的复杂过程,这一过程确保了计算机能够高效地执行程序并处理各种数据。

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